El delta de Kronecker aparece de forma natural en muchas áreas de las matemáticas, la física, la ingeniería y la informática, como una forma de expresar de forma compacta su definición anterior.
En álgebra lineal , la matriz identidad tiene entradas iguales al delta de Kronecker:
donde y toma los valores , y el producto interno de los vectores se puede escribir como
Aquí los vectores euclidianos se definen como n -tuplas: y y el último paso se obtiene por utilizando los valores del delta de Kronecker para reducir la sumatoria .
Es común que i y j estén restringidos a un conjunto de la forma {1, 2, ..., n } o {0, 1, ..., n − 1} , pero el delta de Kronecker se puede definir en un conjunto arbitrario.
Propiedades
Se satisfacen las siguientes ecuaciones:
Por tanto, la matriz δ puede considerarse como una matriz identidad.
Otra representación útil es la siguiente forma:
Esto se puede derivar usando la fórmula de la serie geométrica .
A menudo, se utiliza una notación de un solo argumento , que equivale a establecer :
En álgebra lineal , se puede considerar como un tensor y se escribe . A veces, el delta de Kronecker se llama tensor de sustitución. [1]
Procesamiento de señales digitales
Función de muestra unitaria
En el estudio del procesamiento de señales digitales (DSP), la función de muestra unitaria representa un caso especial de una función delta de Kronecker bidimensional donde los índices de Kronecker incluyen el número cero y donde uno de los índices es cero. En este caso:
O más generalmente donde:
Sin embargo, éste es sólo un caso especial. En cálculo tensorial, es más común numerar vectores de base en una dimensión particular comenzando con el índice 1, en lugar del índice 0. En este caso, la relación no existe y, de hecho, la función delta de Kronecker y la función de muestra unitaria son diferentes funciones que se superponen en el caso específico donde los índices incluyen el número 0, el número de índices es 2 y uno de los índices tiene el valor cero.
Si bien la función de muestra unitaria discreta y la función delta de Kronecker usan la misma letra, difieren en las siguientes formas. Para la función de muestra unitaria discreta, es más convencional colocar un índice entero único entre llaves; Por el contrario, el delta de Kronecker puede tener cualquier número de índices. Además, el propósito de la función de muestra unitaria discreta es diferente de la función delta de Kronecker. En DSP, la función de muestra unitaria discreta se utiliza normalmente como función de entrada a un sistema discreto para descubrir la función del sistema que se producirá como salida del sistema. Por el contrario, el propósito típico de la función delta de Kronecker es filtrar términos de una convención de suma de Einstein .
La función de muestra unitaria discreta se define más simplemente como:
Además, la función delta de Dirac a menudo se confunde tanto con la función delta de Kronecker como con la función de muestra unitaria. El delta de Dirac se define como:
A diferencia de la función delta de Kronecker y la función de muestra unitaria , la función delta de Dirac no tiene un índice entero, tiene un único valor continuo no entero t .
El delta de Kronecker tiene la llamada propiedad de tamizado que para :
y si los números enteros se consideran un espacio de medida dotado de la medida de conteo , entonces esta propiedad coincide con la propiedad definitoria de la función delta de Dirac
y, de hecho, el delta de Dirac recibió su nombre. después del delta de Kronecker debido a esta propiedad análoga. [2] En el procesamiento de señales suele ser el contexto (tiempo discreto o continuo) el que distingue las "funciones" de Kronecker y Dirac. Y por convención, generalmente indica tiempo continuo (Dirac), mientras que argumentos como , , , , y generalmente se reservan para tiempo discreto (Kronecker). Otra práctica común es representar secuencias discretas con corchetes; de este modo: . El delta de Kronecker no es el resultado de muestrear directamente la función delta de Dirac.
Bajo ciertas condiciones, el delta de Kronecker puede surgir del muestreo de una función delta de Dirac. Por ejemplo, si un impulso delta de Dirac ocurre exactamente en un punto de muestreo e idealmente se filtra con un filtro de paso bajo (con corte en la frecuencia crítica) según el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon , la señal de tiempo discreto resultante será una función delta de Kronecker.
Generalizaciones
Si se considera como un tensor de tipo , el tensor de Kronecker se puede escribir con un índice covariante y un índice contravariante :
Este tensor representa:
El mapeo de identidad (o matriz de identidad), considerado como un mapeo lineal o
El mapa , que representa la multiplicación escalar como una suma de productos externos .
ElEl delta de Kronecker generalizado ode ordenmultiíndicees untensor de tipo completamenteantisimétricoen susíndices superiores, y también en susíndices inferiores.
Se utilizan dos definiciones que difieren por un factor de . A continuación, la versión que se presenta tiene componentes distintos de cero escalados para ser . La segunda versión tiene componentes distintos de cero que son , con los consiguientes cambios en los factores de escala en las fórmulas, como los factores de escala de en § Propiedades del delta de Kronecker generalizado a continuación que desaparecen. [4]
Definiciones del delta de Kronecker generalizado
En términos de índices, el delta de Kronecker generalizado se define como: [5] [6]
Las contracciones del delta de Kronecker dependen de la dimensión del espacio. Por ejemplo,
donde d es la dimensión del espacio. De esta relación se obtiene el delta contraída completo como
La generalización de las fórmulas anteriores es [ cita necesaria ]
Propiedades del delta de Kronecker generalizado
El delta de Kronecker generalizado se puede utilizar para la antisimetrización :
De las ecuaciones anteriores y las propiedades de los tensores antisimétricos , podemos derivar las propiedades del delta de Kronecker generalizado:
que son la versión generalizada de las fórmulas escritas en § Propiedades . La última fórmula equivale a la fórmula de Cauchy-Binet .
La reducción del orden mediante la suma de los índices puede expresarse mediante la identidad [9]
Para cualquier número entero , usando un cálculo de residuo estándar podemos escribir una representación integral para el delta de Kronecker como la integral a continuación, donde el contorno de la integral va en sentido antihorario alrededor de cero. Esta representación también equivale a una integral definida por una rotación en el plano complejo.
El peine de Kronecker
La función peine de Kronecker con punto se define (usando notación DSP ) como:
donde y son números enteros. Por tanto, el peine de Kronecker consta de una serie infinita de impulsos unitarios separados por N unidades, e incluye el impulso unitario en cero. Puede considerarse el análogo discreto del peine de Dirac .
Integral de Kronecker
El delta de Kronecker también se denomina grado de mapeo de una superficie en otra. [13] Supongamos que se realiza un mapeo desde la superficie S uvw a S xyz que son límites de regiones, R uvw y R xyz , que simplemente está conectado con una correspondencia uno a uno. En este marco, si s y t son parámetros para S uvw , y S uvw a S uvw están orientados por la normal exterior n :
mientras que la normal tiene la dirección de
Dejemos que x = x ( u , v , w ) , y = y ( u , v , w ) , z = z ( u , v , w ) se defina y suavice en un dominio que contenga a S uvw , y dejemos que estas ecuaciones definan la mapeo de S uvw en S xyz . Entonces el grado δ de mapeo es 1/4π veces el ángulo sólido de la imagen S de S uvw con respecto al punto interior de S xyz , O . Si O es el origen de la región, R xyz , entonces el grado, δ viene dado por la integral:
^ Trowbridge, JH (1998). "Sobre una técnica para medir la tensión cortante turbulenta en presencia de ondas superficiales". Revista de Tecnología Atmosférica y Oceánica . 15 (1): 291. Código bibliográfico : 1998JAtOT..15..290T. doi : 10.1175/1520-0426(1998)015<0290:OATFMO>2.0.CO;2 .
^ Dirac, Paul (1930). Los principios de la mecánica cuántica (1ª ed.) . Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN9780198520115.
^ Spiegel, Eugenio; O'Donnell, Christopher J. (1997), Álgebras de incidencia , Matemáticas puras y aplicadas, vol. 206, Marcel Dekker, ISBN0-8247-0036-8.
^ Papa, Cristóbal (2008). «Geometría y Teoría de Grupos» (PDF) .
^ Frankel, Theodore (2012). La geometría de la física: una introducción (3ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN9781107602601.
^ Agarwal, CC (2007). Cálculo tensorial y geometría de Riemann (22ª ed.). Medios de Krishna Prakashan.[ Falta el ISBN ]
^ Lovelock, David; Rund, Hanno (1989). Tensores, formas diferenciales y principios variacionales . Publicaciones de Courier Dover. ISBN0-486-65840-6.
^ Una definición recursiva requiere un primer caso, que puede tomarse como δ = 1 para p = 0 , o alternativamente δμ ν= δμ νpara p = 1 (delta generalizada en términos de delta estándar).
^ Hassani, Sadri (2008). Métodos matemáticos: para estudiantes de física y campos afines (2ª ed.). Springer-Verlag. ISBN978-0-387-09503-5.
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^ Aitken, Alexander Craig (1958). Determinantes y Matrices . Reino Unido: Oliver y Boyd.
^ Roger Penrose , "Aplicaciones de tensores dimensionales negativos", en Combinatorial Mathematics and its Applications , Academic Press (1971).